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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2020.tde-07042021-161403
Documento
Autor
Nome completo
Cesar Yuji Narita
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Mourão, Marcelo Breda (Presidente)
Coutinho, Aparecido dos Reis
Labat, Gisele Aparecida Amaral
Strauss, Mathias
Takano, Cyro
Título em português
Carvões ativados a partir de resíduo de coco verde por diferentes ativadores: obtenção, caracterização e aplicações.
Palavras-chave em português
Adsorção
Carbono
Carvão ativado
Resíduos agrícolas
Resumo em português
Este trabalho estuda a obtenção de carvão ativado a partir de resíduos de coco verde por ativação química. E tem como objetivo relacionar variáveis de processos de produção de carvões ativados quimicamente em função de suas propriedades adsortivas. Foram estudados dois precursores, a fibra e a casca de coco verde. A fibra foi empregada em ativações químicas por hidróxido de potássio, ácido fosfórico e óxido de ferro. A casca foi empregada em ativações químicas por hidróxido de potássio e óxido de ferro. A caracterização dos precursores mostrou que a fibra seca compõe 10% do coco verde e a casca seca, 4%, e que os dois resíduos são semelhantes, o que os diferenciam são suas quantidades de hemicelulose, celulose e lignina, em que a casca é mais rica em hemicelulose e celulose, e a fibra em lignina. As ativações por KOH mostraram que esse ativador tem a capacidade de gerar uma microporosidade com área superficial superior a 2600 m2.g-1, especialmente microporosidade estreita (< 1nm). Os carvões ativados obtidos por ativação por KOH foram testados em adsorção de hidrogênio, e os resultados mostraram que a eficiência no armazenamento de hidrogênio está diretamente relacionada com o desenvolvimento de microporosidade estreita no carvão.As ativações de fibra por H3PO4 mostraram que as reações entre o precursor e o ativador, começam em temperaturas menores que 110 °C e vão até 950 °C, e provocam mudanças composicionais e estruturais, que fazem com que os perfis de decomposição térmica, o desenvolvimento de porosidade e os perfis de carga na superfície mudem. Os carvões ativados produzidos foram testados em adsorção de íons de cobre em solução e os resultados mostraram a cargas superficiais afetam mais a adsorção que a porosidade. Os carvões produzidos por Fe2O3 alcançaram área superficial superiores a 1200 m2.g-1, e os testes em processo Fenton para degradação de azul de metileno mostraram que a eficiência dos catalisadores foi diretamente proporcional ao tamanho de partícula e da morfologia do ferro produzido.
Título em inglês
Activated carbons from residues of green coconuts by different activators: obtaining, characterization and applications.
Palavras-chave em inglês
Activated carbono
Chemical activation
Coconut residue
Copper ion adsorption
Fenton process
Hematite
Hydrogen storage
Micropores
Phosphoric acid
Potassium hydroxide
Resumo em inglês
The present work investigates the obtaining of activated carbons from residues of green coconuts by chemical activation. And aspire to relate processes variables to adsorptive properties of the activated carbons.The precursors studied were the fiber and the shell of green coconuts. The fiber was activated by potassium hydroxide, phosphoric acid, and iron oxide. The shell was activated by potassium hydroxide and iron oxide. The activated carbons were tested in specific uses.The characterization of the precursors showed that the dried fiber composes 10 wt% of the green coconut while the dried shell composes 4 wt%. Both are elementally alike, however they differentiate in their composition of hemicellulose, cellulose, and lignin, where the shell is richer in hemicellulose and cellulose, and the fiber is richer in lignin.The KOH activations showed that this activator can generate a well-developed microporosity (surface area higher than 2600 m2.g-1), especially narrow microporosity (<1 nm). These activated carbons were tested in hydrogen adsorption, and the results showed that the hydrogen uptake is related to the development of narrow microporosity.The H3PO4 activations showed that the reactions between the precursor and the activator (that starts at temperatures below 110 °C until 950 °C) cause compositional and structural changes that alter the thermal decomposition, the porosity development, and the surface charges of the carbons. These activated carbons were tested in adsorption of copper (II) ions in solution and the results showed that the effect of the surface charges is more relevant than the porosity.The surface area of carbons activated by Fe2O3 reached values superior to 1200 m2.g-1, and the Fenton process tests showed that de efficiency of the catalysts was directly proportional to the particle size and the morphology of the metallic iron.
 
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Data de Publicação
2021-04-13
 
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